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高性能轻骨料混凝土试验研究

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  摘要:在高性能轻骨料混凝土的研究中,我们不仅与高强混凝土的研究紧密结合起来,而且也吸取普通高性能混凝土中有益的经验教训。为做好技术储备工作,我们采用“四掺法”配制高性能轻骨料混凝土。
  关键词:高性能轻骨料混凝土;抗渗性能试验;四掺法
  高性能轻骨料混凝土是21世纪混凝土的发展方向,和其他任何新生事物的发展规律一样,都要经历一个漫长而又曲折的发展过程,但目前人们对轻集料使用有保守、片面的认识,导致轻骨料混凝土的发展缓慢,据有关专家统计在高层、大跨度的工程中,采用轻骨料混凝土可使工程造价降低10%~20%,即使国产的高强陶粒一时供不上,使用进口的陶粒时,也可降低造价5%~10%,这样的经济效益十分巨大。在高性能轻骨料混凝土的研究中,我们不仅与高强混凝土的研究紧密结合起来,而且也吸取普通高性能混凝土中有益的经验教训。为做好技术储备工作,我们采用“四掺法”配制高性能轻骨料混凝土。
  一、试验方案
  (一)原材料
  水泥:河北太行山42.5级普通硅酸盐水泥。
  陶粒:选用天津红星福利新型建材制品厂生产的普通圆球形粘土陶粒。密度等级为600级,筒压强度为3.0MPa,粒径为5~16mm。
  砂子:通过中砂和细砂复配而成的。
  粉煤灰:衡水衡冠Ⅰ级粉煤灰。
  外加剂:自制ZYM复合型“引气增稠自密实泵送剂”,减水率为18%~22%,主要作用为引气、增稠、保水、密实和减水。
  矿粉:邢台S95级矿粉。
  硅粉:含硅量≥82%。
  水:饮用水。
  (二)配合比设计及试验
  1.配合比。采用体积法进行配合比设计,设计强度为LC40,在满足配合比设计的前提下,我们选定以下几个配合比,通过试拌和试泵进行比较。配合比见表1:
  
  
  注:为接近实际,我们用搅拌站的设备进行生产。
  2.拌合物性能试验见表2:
  
  
  以上生产的混凝土,做完检测后,留够足量的抗压、抗渗试块后,在厂内存放90分钟后开始模拟生产施工,用37m泵车做泵送试验。结果表明,汽车泵则能够顺利泵送,没有出现堵管现象。
  (三)试验结果及其分析
  1.抗渗性能试验。使用北京HS40型混凝土渗透仪,试验每隔8小时加压0.1MPa,试验中当压力表度读数至3.8MPa,稳定8h后停止试验,所测试件全部完好,无一渗漏。
  (1)陶粒粗糙的外表面和轻质多孔,使陶粒混凝土在搅拌时吸水,在轻骨料吸水时,内部产生空气密闭现象,在混凝土中形成储备孔,产生的大量微小气泡占据着混凝土的自由空间,切断了毛细管的通道,堵塞了混凝土的空隙,降低了轻骨料混凝土的局部水灰比,减少了体积内游离水,降低了混凝土的泌水率;陶粒在混凝土中具有吸水和供水的“双重”作用,它为集料和胶结材料的湿度平衡起了一定作用,并增加了骨料表面附近水泥的密实性,改善了集料周围界面区的结构,使轻骨料与水泥石界面粘结牢固,从而形成了阻止水流的有效屏障,提高混凝土的抗渗性能。
  (2)粉煤灰、矿粉和硅粉的三重加入,改善混凝土的内部结构。具体表现为:形态效应,多种胶凝材料的良好级配,降低了空隙率,增加了反应表面积,促进了水化反应,增加了混凝土的密实度;多种微小颗粒的叠加作用,使火山灰反应更为明显,增加了C-S-H凝胶(水化硅酸钙)的数量,阻塞了毛细管作用,使轻骨料与水泥界面过渡区得到了进一步强化,提高了混凝土的密实度和后期强度。以上两个方面可以看出,胶凝材料良好的级配,使混凝土的空隙率大幅度降低,结构更加密实,抗渗性能也显著提高。
  (3)在高性能轻骨料混凝土的试验中我们采用自制的ZYM型“引气增稠自密实泵送剂”,这种高性能混凝土专用外加剂的加入使拌合物的塑化性提高,泌水和离析现象显著减轻,降低了水灰比,减少了混凝土中游离水的存在,增强了密实度,提高了混凝土的抗渗透性。
  (4)中砂和细砂良好的级配,降低了空隙率和总表面积,在水泥用量一定的情况下,改善拌合物工作性能,提高混凝土的密实性、强度和抗渗性能。
  2.抗冻性能试验。采用慢冻法,其重量及强度损失见表3。
  表3 抗冻性能试验结果
  
  
  注:3号为C60高强混凝土。
  抗冻性是反映混凝土耐久性的主要指标之一。表3可以看出本技术配制的轻骨料混凝土的抗冻性能好于普通混凝土,其原因分析如下:
  (1)普通骨料混凝土受冻破坏时,破坏往往发生在粗骨料与水泥石接触的界面上。而轻骨料混凝土受冻时,由于轻骨料表面粗糙多孔,且具有一定火山灰活性,再加上轻骨料本身的吸水作用,能较多地吸取水泥浆中的水分,提高水泥浆与骨料间粘结强度及水泥浆在混凝土中的骨架作用,改善了界面过渡区的结构,从而增强了混凝土的抗冻性能。
  (2)由于普通骨料混凝土中的碎石与水泥浆的弹性模量相差悬殊,其结构是一种弹性极不协调、不均质的材料;而轻骨料本身弹性模量与砂浆的弹性模量比较接近,陶粒与水泥砂浆则为一种弹性较协调、较匀质的材料。因此,在冻融循环作用下,混凝土内部不易产生较大的应力集中,从而具有较强的抗冻能力。
  (3)从表3的试验结果来看,3组混凝土试样的抗冻性能均达到300次抗冻循环要求,掺入硅粉的试样2,混凝土抗冻性能最高。其原因在于矿粉、硅粉的颗粒很小,比水泥颗粒小20-100倍,可以充填水泥颗粒之间的空隙,使混凝土密实,大大提高了混凝土的抗渗性能,很大程度上减少了造成冻害的毛细孔水的数量。
  二、总结
  1.中砂和细砂的合理复配,在水泥用量一定的情况下,能够改善拌合物工作性能,提高混凝土的密实性、强度;
  2.矿物掺合料多重效应的共同作用,不仅改善了拌合物的工作性能,还使高性能轻骨料混凝土空隙率降低,结构更加密实;
  3.通过矿物掺合料的加入和外加剂的改进,即“四掺法”的应用技术,在保证新拌混凝土不离析分层的情况下,具有良好的施工性能,较高的力学性能,同时抗冻、抗渗性能和收缩性能也得到了较好的发挥。
  
  注:文章内的图表及公式请以PDF格式查看


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